深圳卓越·皇崗世紀中心項目二號塔樓結構抗震設計

1、堯國皇，等：深圳卓越皇崗世紀中心項目二號塔樓結構抗震設計深圳卓越皇崗世紀中心、項目二號塔樓結構抗震設計堯國皇黃用軍宋寶東（深圳市市政設計研究院有限公司，廣東深圳；中建國際（深圳）設計顧問有限公司，廣東深圳）摘要：深圳卓越皇崗世紀中心項目二號塔樓建筑物主體高度，核心筒部分及屋頂鋼架高度升至分析的結果及相應結論。有關方法和結論可為相關工程提供參考。關鍵詞：超高層；鋼管混凝土疊合柱；動力彈塑性分析；時程分析；抗震設計口，核心筒高寬比為，屬超級高層建筑。介紹了該結構整體分析、彈性時程分析、中震不屈服分析和動力彈塑性（。，；（），），：；工程概況深圳卓越皇崗世紀中心位于深圳市福田中心商務區(qū)，建成后將成為

2、深圳市中心區(qū)的標志性建筑群，折射著該區(qū)域作為整座城市發(fā)展的核心地位和商務前沿。本項目位于深圳市福田區(qū)益田路與金田路之間，緊鄰金田路，總建筑用地筑面積，總建，本項目主要由四座塔樓及裙房地下室組成。裙房地面以上共層，總高為，用作商業(yè)用途，總建筑面積約為。地下室共層，地下三層地面標高一，總建筑面積約為，主要用于停車場，部分用于放置設備。整個項目由中建國際（深圳）設計顧問有限公司與美國建筑師事務所共同設計完成。圖為本項目的建筑效果圖。本文介紹的二號塔樓（如圖所示）建筑面積圖卓越皇崗世紀中心（不含避難層），主要包括辦公、酒店和公準期為年，塔樓的安全等級為二級，抗震設防烈寓，建筑物主體高度，高寬比為，地上

3、部分層。核心筒部分及屋頂鋼架高度升至（超級），核心筒高寬比為。工程的結構設計基（），第一作者：堯國皇。男，年月出生。工程師：收稿日期；萬方數(shù)據(jù)工程設計度為度，場地特征周期為，基本地震加速度類，設計地震分組為一組。二號塔樓主體平面為矩為，建筑場地類別為類，抗震設防類別為丙形，其辦公區(qū)域標準層的平面圖如圖所示?！浚课侔?？一目一是可吣謹“一曼一芒一寶。？旦一上里一一“抖刀：量韭。廣鼉卜虻函：一一卜一一一一一睜一出戶麓抖：“，：一星一羅當一卜?？尚l(wèi)一：，：生避芑山吲們趣“喵叫匿：一芒門、芎。一。瞄諺一吲。“）“（】似）“¨；×；×；×；×；×

4、;；×；×；一；圖二號樓標準層平面發(fā)的、國內的軟件和國際大型通結構體系與整體彈性分析用有限元軟件對整體結構的自振特性進本塔樓采用鋼筋混凝土框架一核心筒結構體行了分析計算，表給出了三種不同軟件的計算結系。對于本塔樓采用的框一筒結構體系，外框架體果，其中對的建模方法，后文有較為詳細系將作為有效承重支撐，大部分豎向荷載通過軸力的介紹。的方式向下傳送。由于結構的層數(shù)較多，外框架柱表周期計算結果承受很大的豎向荷載，為了減小框架柱的截面面積，以增加有效使用面積，因此考慮采用鋼一混凝土組合結構柱。在組合結構柱的選型上，對型鋼混凝土柱、鋼管混凝土柱和鋼管混凝土疊合柱進行了深入比較和論證。由

5、于鋼管混凝土疊合柱同時具有鋼管混凝土和型鋼混凝土的優(yōu)點，具有剛度、強度均大、耐火性能好的優(yōu)點，因此外框架柱采用了鋼管混從表的比較可見，結構的主要振型以平動為凝土疊合柱。主，扭轉為主的第一自振周期與平動為主的第一自通過對結構的整體計算分析，在建筑中段往上振周期之比為，滿足高層的外框柱由于內力下降可采用鋼筋混凝土柱而不必建筑混凝土結構技術規(guī)范（以下簡稱高規(guī)）的繼續(xù)使用鋼管混凝土疊合柱，外框架沿豎直方向在要求。同時，個分析軟件的計算結果較為接近，也建筑結構底部層為鋼管混凝土疊合柱框架，從側面反映出結構模型和分析的正確性。層以上則為鋼筋混凝土柱框架。這樣既能保證表給出了結構在風荷載及小震作用下結構最外

6、框架剛度和強度不致嚴重突變，保證了外框架沿大的層間位移。其中風荷載作用考慮了年一遇的豎直方向具有較好的連續(xù)性，同時也具有較好經(jīng)濟風壓（位移控制）和年一遇的風壓（承載力控制）效益。兩種情形，并考慮了周圍建筑的影響。從表可見，在結構整體彈性計算時，采用美國公司開在風和地震作用下的層間位移角滿足規(guī)范限鋼結構年第期第卷總第期萬方數(shù)據(jù)堯國皇，等：深圳卓越皇崗世紀中心項目二號塔棱結構抗震設計值陪引，且層間最大位移角由風荷載控制。表風荷載及小震作用下結構最大的層間位移們彈性時程分析在對結構進行彈性時程分析時，采用條地震波，包括一條安評單位提供的地面人工波，以及另外兩條天然波，場地時程加速度峰值為，。表給出了

7、條地震波和規(guī)范反應譜的計算結果，圖給出了時程分析獲得的對應層間剪力值與樓層的關系曲線。表基底剪力計算結果底剪力的平均值均大于振型分解反應譜法的，地震波的選擇滿足規(guī)范要求；）法的層間剪力曲線基本能包絡所選的四條地震波對應的平均層間剪力曲線。但在結構頂部少數(shù)樓層，法的地震剪力偏小，說明設計反應譜在長周期階段的人為調整以及計算中對高階振型的影響估計不足，施工圖設計中對頂部樓層的地震剪力進行調整，滿足對時程分析法的內力包絡。一向向一規(guī)范反應譜；一，一；一中震作用分析由于本塔樓為超限結構，為確保結構的安全可靠，進行了在中震（設防烈度）下的抗震計算，使這些重要的抗震構件（剪力墻、柱、連梁和框架梁），在中震

8、作用下不屈服。采用了自行編制的鋼筋混凝土梁、柱中震驗算軟件進行計算，如圖所示。圖地震作用下的層間剪力值通過對結構的彈性日寸程分析結果可以得到：）每條時程曲線計算所得結構基底剪力均大于振型分解反應譜法的，三條時程曲線計算所得結構基一鋼筋混凝土粱一鋼筋混凝土柱圖鋼筋混凝土梁、柱中震驗算軟件通過中震分析和判斷可以得到¨：結構體系中豎向構件在中震下保持著良好的彈性性能，而水平構件，特別是連梁則有較多的進入屈服狀態(tài)，通過調（），整連梁和框架梁的配筋和對部分連梁截面調整才使所有主要水平構件不進入屈服。這從設計上保證了中震不屈服概念的具體落實，也體現(xiàn)了地震中各構萬方數(shù)據(jù)工程設計件的屈服順序是：首先

9、是連梁屈服，其次有部分框架梁屈服，而豎向構件則沒有出現(xiàn)屈服的情況，結構設計可以滿足規(guī)范中震可修的抗震設防標準。動力彈塑性分析采用大型通用軟件進行動力彈塑性時程分析。鋼的拉壓應力一應變曲線假設為理想彈塑性等向強化二折線模型，初始塑性應變?yōu)閺S，其破壞應變取為。其中強化段?；炷敛捎盟苄該p傷破壞模型，梁、柱采用三維梁單元，剪力墻、樓板采用三維殼單元進行模擬，以上構件均按照計算結果及規(guī)范要求進行配筋，剪力墻的約束邊緣構件和暗柱按照實際情況配筋。幾何模型建立后，對模型進行網(wǎng)格劃分，最大單元尺寸，局部重要部位網(wǎng)格加密（整個模型分為約萬個單元）。圖所示為動力彈塑性分析模型。在分析中，重力荷載的施加與地震波的

10、輸入將分兩步進行。首先施加重力荷載的代表值，然后地震加速度時程作用在地面節(jié)點上，沿總體坐標系的向或向施加。地震作用在結構正常使用荷載完全加載的情況下施加于結構的±標高上。將考慮雙向地震輸入，地震輸入點在模型與地面的節(jié)點處，地震方向將沿著模型第一和第二模態(tài)變形方向，峰值加速度按照：一：輸入。人工波由安評報告提供，天然波采用波，場地地震加速度峰值為。圖罕遇地震非線性分析模型圖給出了結構頂點位移時程曲線，從圖可以看出，同一條地震波作用下，結構、向頂點位移峰值出現(xiàn)的時刻存在明顯的錯位，且峰值差別也較大，這也說明結構、向抗震性能存在明顯的差異，這與前文彈性分析所得到的結論是一致的。表給出了場地

11、波和波作用下，度大震的結構反應，可見，均滿足高規(guī)條對框架核心筒結構層問彈塑性位移角限值的規(guī)定。；孔一一罷穩(wěn)、，、一。罄肌，攙舯盯八、?！?、，一，津匿弘；，、，）川廠向場地波向場地波圖頂點位移時程曲線表地震波場地波方向度大震結構反應最大層問位移角部（層）的核心筒外圍剪力墻出現(xiàn)了中等程發(fā)生時襄，樓層度的受拉損傷，其他部位的受拉損傷很小，而結構沿全高的受壓損傷都很小。通過對本塔樓進行動力彈塑性時程分析，可以得到的結論為：）罕遇地震作用下，結構最大層間位移角小于規(guī)范限值；）罕遇地震作用下，結構位于上圖給出了核心筒剪力墻最終的受拉損傷和受壓損傷云圖（數(shù)值代表沒有損傷，數(shù)值代表完全損傷），可見，罕遇地震作

12、用下，結構位于上部（層）的核心筒外圍剪力墻出現(xiàn)了中等程度的受拉損傷，而結構的受壓損傷很小；）該結構能（下轉第頁）鋼結構年第期第卷總第期萬方數(shù)據(jù)科研開發(fā)步行頻率為，步距為，天橋總長度為，、，載數(shù)據(jù)處理的麻煩，便于工程應用。該方法反映樓板的動力特性與步行荷載的時程特性，能相對準確地模擬樓板的人致振動響應。，經(jīng)過天橋的時間約為。因此設人群數(shù)量為，進入樓面時間為。取個隨機樣本進行時程分析，得到結果如圖所示。樓板豎向最大加速度平均值為，由圖可知求解值比較穩(wěn)定。該值與的性能指標曲線進行對比，如圖所示。樓板加速度性能點在指標曲線的上方，反映出天橋的加速度不滿足要求，應提高天橋結構的剛度。參考文獻，（）：，。：，（；，；，（）：結論對于人群走動導致的樓板振動，通過限制其位移或自振頻率可以達到限制振幅的目的，但對加速度的控制效果不理想。然而給使用者帶來不適的是加速度，而且在高頻區(qū)域也可能是速度。隨著計算機技術的發(fā)展，樓板振動分析應從簡化計算過渡到計算機分析。本文通過編制程序實現(xiàn)人群走動仿真并計算人群走動荷載時程，進行樓板振動時程分析。通過數(shù)據(jù)流的導人導，避免了荷（上接第頁）。（）：，：，。：建筑結構荷載規(guī)范結論本文介紹了深圳卓越皇崗世紀中心項目二號塔樓結構整體分析、彈性時程分析、中震不屈服分析和動力彈塑性分析的結果及相應結論。本文有